Электромеханотроника — отрасль науки и техники , связанная с разработкой теории и технологии автоматических систем электромеханического преобразования энергии, создаваемых путём функционального и конструктивного объединения электромеханических преобразователей с электронными компонентами .

Профессор МАИ Бут Д. А. считал электромеханотронику отраслью электромеханики , появившейся в результате интеграции электромеханики и электроники. . Академик Глебов И. А. признавал электромеханотронику самостоятельным научным направлением, связанным с синтезом электрических машин и полупроводниковых устройств .

Новое направление электромеханики, созданное профессором Коськиным Ю.П., получило развитие в трудах Пронина М.В., Бута Д. А. , Смирнова Ю. С., Домрачева В. И. , Вольдека А. И. , Попова В. В. и др. В области, называемой интеллектуальной электромеханикой или электромеханотроникой, на протяжении многих лет успешно работают профессора Чувашского государственного университета А. К. Аракелян и А. А. Афанасьев.

О термине

Термин «электромеханотроника» образован путём совмещения терминов « электромеханика » и « электроника ». Общим терминоэлементом в сложных словах «электромеханика» и «электромеханотроника» является слово « механика », которое записывается в русской транскрипции как «механ». В английской транскрипции используется запись . Отсюда в публикациях на русском языке используются словосочетания «электромеханотроника» и «электромехатроника» как равнозначные.

Термин «электромеханотроника» используется с целью обозначить отрасль науки и техники, связанную с электронизацией технических устройств, называемых электромеханическими преобразователями и рассматриваемых в электромеханике . Электронизация заключается в совмещении электромеханических преобразователей с электронными приборами и устройствами, называемыми электронными компонентами . Электронные компоненты делают электромеханическое преобразование энергии автоматически управляемым, обеспечивая функциональное объединение энергетических и информационных процессов.

Электромеханотроника — научно-техническое направление в области электрических микромашин, связанное с созданием интеллектуальных электрических машин, способных адаптироваться к реальным условиям эксплуатации и изменять режимы работы по заданной программе.

Коллективом разработчиков ТУСУР во главе с профессором Осиповым Ю. М. предложена альтернативная интерпретация термина «электромехатроника» как синергетического объединения узлов электрических машин с механическими, электронными и компьютерными компонентами, обеспечивающее производство электромехатронных модулей и систем движения с интеллектуальным управлением , ,

История

Понятие «электромеханотроника» впервые предложил использовать профессор Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» Ю. П. Коськин в 1986 году.

Официальное признание электромеханотроники состоялось в октябре 1987 года на первой Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханотронике . Позднее состоялись Всесоюзные научно-технический семинар (1989 год) и вторая научно-техническая конференция (1991 год). 1-я и 2-я Всесоюзные научно-технические конференции по электромеханотронике проводились под руководством академика И. А. Глебова .

В феврале 1989 года в рамках Всесоюзного НТС прошло совещание, в котором участвовали профессора Борцов Ю. А. ( ЛЭТИ ), Герман-Галкин С. Г.(ЛИТМО), Ильинский Н. Ф. (МЭИ), Коськин Ю. П. (ЛЭТИ), Соколовский Г. Г. (ЛЭТИ), Юньков М. Г. (ВНИИ Электропривод). На совещании была обсуждена терминология электромеханотроники и электропривода. Были согласованы понятия «электромеханотроника», «электромеханотронный преобразователь» и «электропривод».

С февраля 1989 г. по апрель 1992 г. в ленинградском доме научно-технической пропаганды (ЛДНТП) работал "Постоянный семинар по электромеханотронике «Совершенствование электрических машин и преобразователей на базе применения микропроцессорной техники».

В 1997 г. состоялась Международная конференция по электромеханотронике. В конференции приняли участие такие зарубежные ученые как Sakae Yamamura (академик, профессор Токийского университета ), T.Wolbank ( Технологический университет, Вена ), A.Dell’Aquilla, E.Montarulli,P.Zanchetta (Polotechnico di Bari, Италия), C.Rasmunssen (Aalborg University, Дания), E.Ritchie (Institute of Energy Technology, Дания). Среди российских ученых были Хрущёв В. В. ( Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения ), Афанасьев А. Ю. ( Казанский государственный технический университет ), Аполлонский С. М. ( Северо-Западный заочный политехнический институт ), Юрганов А. А. (НИИЭлектромаш).

В 2010 г. в номерах № 1(21), часть 2 и № 2(22) журнала «Доклалы Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники» в статьях профессора Осипова Ю. М. "К вопросу о развитии понятия «мехатроника» и «Мультикоординатные электромехатронные манипуляторы технологического оборудования» обосновывалось понятие «Электромехатроника» как развитие мехатроники по признакам «приводные устройства», «кинематическая мультикоординатная комбинаторика» и «интеллектуальное управление».

30 ноября 2011 в ЛЭТИ состоялся семинар , на котором был заслушан доклад «Электромеханотроника и её связь с электроприводом и мехатроникой». В обсуждении участвовали заведующие кафедрами и профессора Томасов В. С. (зав.каф. электротехники и прецизионных электромеханических систем ЭТ и ПЭМС, ИТМО), Голландцев Ю. А. (зав. каф. Интегрированных компьютерных технологий в промышленности ИКТП СПбГПУ), Козярук А. Е. (зав. каф. электротехники и электромеханики СПбГГУ), Прокофьев Г. И. (зав.каф робототехники и автоматизации производственных систем, ЛЭТИ), Соколовский Г. Г. (ЛЭТИ). ^{[ значимость факта? ]}

Основные понятия

Электромеханотронный преобразователь — автоматическая система электромеханического преобразования энергии, создаваемая путём функционального и конструктивного объединения электромеханического преобразователя с электронными компонентами преобразования параметров электроэнергии, управления, диагностики и защиты.

В ГОСТе Р50369-92 определено понятие « электропривод с электромеханотронным преобразователем »: «Электропривод с электромеханотронным преобразователем — электропривод, содержащий устройство, объединяющее электромеханический преобразователь с обеспечивающими его функционирование электронными компонентами управления, диагностики и защиты».

В электромеханотронном преобразователе как автоматической системе по функциональным признакам могут быть выделены две подсистемы:

• Энергетическая подсистема, построенная на базе
• Информационная подсистема, построенная с использованием

Энергетическая подсистема — часть электромеханотронного преобразователя, объединяющая электромеханический преобразователь с электронными компонентами энергетического назначения и обеспечивающая протекание процессов электромеханического преобразования энергии, отвечающих назначению и заданной выходной мощности электромеханотронного преобразователя.

Информационная подсистема — часть электромеханотронного преобразователя, объединяющая устройства управления, диагностирования и защиты с электронными компонентами информационного назначения и обеспечивающая протекание энергетических процессов по заданному закону с необходимой точностью.

Электронные компоненты энергетического назначения — это приборы и устройства, обеспечивающие изменение параметров электроэнергии, а также коммутацию силовых ключей в электромеханотромеханотронном преобразователе. Примеры электронных компонентов энергетического назначения: электронные приборы , выпрямители , инверторы , преобразователи частоты , коммутационные устройства .

Электронные компоненты информационного назначения — приборы и устройства, обеспечивающие получение, хранение, преобразование и передачу информации в электромеханотронном преобразователе. Устройства информационных подсистем образуются из электронных компонентов и других приборов, традиционно используемых в автоматике, автоматизированном электроприводе , системах автоматического управления .
Примеры электронных компонентов информационного назначения: транзисторные усилители , импульсные информационные приборы, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи , микропроцессоры , ЭВМ .

К числу общих понятий электромеханотроники, связанных с совокупным использованием нескольких электромеханотронных преобразователей (двух и более) относятся электромеханотронная система и электромеханотронный комплекс.

Электромеханотронная система — совокупность функционально и конструктивно объединенных общим назначением электромеханических преобразователей и электронных компонентов; Профессор Попов В. В. даёт следующее определение: «электромеханотронная система — это электромеханические преобразователи, конструктивно объединённые со сложными электронными системами».

Электромеханотронный комплекс — совокупность , объединенных общим назначением.

Рассмотренные понятия и определения являются общими для электромеханотроники как технической науки. На их основе разрабатывается частная терминология, учитывающая область техники, в которой создаются электромеханотронные преобразователи. Частные понятия электромеханотроники учитывают назначение, а также функциональные и конструктивные особенности электромеханотронные преобразователи в электромашиностроении, аппарато- и приборостроении, электроэнергетике и электроприводе, авиации, робототехнике и т. д.

Примеры электромеханотронных преобразователей

• Бесконтактные двигатели постоянного тока (Brushless DC Motors);
• Вентильные двигатели (Permanent Magnet Synchronous Motor Drive);
• Частотно-регулируемые двигатели переменного тока (система «преобразователь частоты — асинхронный двигатель»);
• Бесконтактные возбудители;
• Машины двойного питания с преобразователями частоты , применяемые на гидроаккумулирующих электростанциях ;
• Синхронный генератор с цифровой системой возбуждения ;
• Электрические машины информационно-измерительной техники и автоматики (преобразователь «угол-код»)

На структурной схеме вентильного двигателя как электромеханотронного преобразователя синим цветом выделена информационная часть (подсистема), а красным цветом — энергетическая.

В случае вентильного двигателя устройство управления представляет собой преобразователь координат, на вход которого поступает напряжение управления двигателем (стрелка слева) и информация о мгновенном значении угла поворота ротора (стрелка снизу). В качестве электронного энергетического устройства применяется инвертор напряжения (транзисторный или тиристорный) или линейный усилитель мощности (транзисторный, только для малых мощностей). Электромеханический преобразователь в вентильном двигателе это синхронная машина, в данном случае — трехфазная. Датчиком положения ротора может быть синусно-косинусный датчик угла или энкодер.

Связь электромеханотроники с электроприводом и мехатроникой

По степени подчиненности или взаимозависимости электромеханотронику (ЭМТ), электропривод (ЭП) и мехатронику (МТ) можно разместить в порядке ЭМТ ${\displaystyle \rightarrow }$ ЭП ${\displaystyle \rightarrow }$ МТ.
Аналогично размещаются соответствующие этим наукам технические устройства: ЭМТП ${\displaystyle \rightarrow }$ ЭП ${\displaystyle \rightarrow }$ ММ, где ЭМТП — электромеханотронный преобразователь, ЭП — электропривод, ММ — мехатронный модуль.

Приведенные выше утверждения означают, что электромеханотронные преобразователи используются в составе электропривода, а электропривод, в свою очередь, может являться составляющей частью мехатронного модуля.

Электромеханотронный преобразователь (ЭМТП) состоит из электронного энергетического устройства (ЭЭУ), электромеханического преобразователя (статор и ротор показаны отдельно для подчеркивания основной задачи ЭМТП — автоматического управления преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот), информационной подсистемы (ИПС). ЭЭУ, статор и ротор электромеханического преобразователя(С ЭМП и Р ЭМП) образуют энергетическую подсистему электромеханотронного преобразователя.

Информационная подсистема (ИПС) на основании сигналов от системы управления электропривода и сигналов от энергетической подсистемы (то есть от ЭЭУ и электромеханического преобразователя) осуществляет управление коммутацией силовых ключей ЭЭУ.

В частном случае явновыраженного разделения между ИПС и СУЭП может и не быть, однако по функциональному назначению такое разделение всегда может быть установлено.

Теория электропривода отличается от теории электромеханотронных преобразователей прежде всего тем, что связывает электромеханический преобразователь, а также электромеханотронный преобразователь с исполнительным механизмом (ИМ), обеспечивая функционирование ЭМТП в интересах ИМ, то есть управляя движением ИМ в целях осуществления технологического процесса.

Мехатроника как наука обеспечивает разработку объектов в виде ММ или мехатронных систем, объединяя в их конструктивных оболочках ЭМП, ЭМТП, ЭП и другие технические устройства для обеспечения управляемого компьютером прецизионного движения мехатронного объекта.
Объединение ЭМТП-двигателя и ИМ в электроприводе или ММ, ЭМТП-генератора с первичным двигателем в генераторном агрегате и генераторных агрегатов в электростанции, а также образование других технических систем на основе ЭМТП является синергетическим в том смысле как это трактуется в мехатронике: все составляющие элементы и узлы в ЭМТ, ЭП и МТ не просто дополняют друг друга, но объединяются таким образом, что образованные ЭМТП, ЭП, ММ и мехатронные системы приобретают качественно новые свойства. Электропривод (ЭП), включающий электромеханотронный преобразователь (ЭМТП), передаточный механизм (ПМ), исполнительный механизм (ИМ), систему управления электропривода (СУЭП), управляемый компьютером, при их функциональном и конструктивном объединении является мехатронным модулем (ММ).

Отличия электромеханотроники от мехатроники

1. В электромеханотронном преобразователе энергетическая подсистема (ЭПС) и информационная подсистема (ИПС) объединяются с целью обеспечить преобразование энергии (электрической в механическую или механической в электрическую) с максимально возможной эффективностью и надежностью . В мехатронном модуле энергетические и информационные процессы объединяются для достижения другой цели, а именно — реализации заданного закона управления движением исполнительного механизма (ИМ) .
2. В мехатронике создаются мехатронные модули и системы, реализующие заданное движение и функционирование рабочих органов с помощью пневмо-, гидро-, и электроприводов, двигателей внутреннего сгорания, газовых и паровых турбин, то есть машин различной физической природы, соответствующих различным разделам механики , . В электромеханотронике рассматриваются только те устройства, в которых используется движение проводниковых и ферромагнитных элементов в магнитном и электрическом полях с целью электромеханического преобразования энергии и получения информации.
3. Электромеханотронные преобразователи и электромеханотронные системы могут использоваться в мехатронных модулях и системах как компоненты . Электроприводы, создаваемые на основе электромеханотронных преобразователей, чаще других приводов (пневмо- или гидроприводов) используются в мехатронике.
4. Мехатронные модули и системы включают в себя рабочие органы (исполнительные механизмы), электромеханотронные преобразователи не содержат в своём составе рабочие органы.
5. Мехатроника предполагает, в качестве своего главного признака, использование компьютерного управления . В электромеханотронных преобразователях в качестве электронных компонентов используются все известные электронные приборы, но компьютеры, как правило, не применяются.
6. Подготовку специалистов по электромеханотронике целесообразно осуществлять в рамках известных специальностей: электромеханика, электроизмерительная техника, электрические аппараты . Подготовку специалистов по мехатронике необходимо организовывать с учётом отрасли техники, для которой они готовятся: робототехники, станкостроения, самолёто-, ракето-, судостроения и т. д. В отраслевых вузах, соответственно, подбираются дисциплины учебных планов: по робототехнической мехатронике, станкостроительной мехатронике и т. д.

Критерий сравнения	Электромеханотроника	Мехатроника
Функциональное назначение преобразователя/модуля	Управление электромеханическим преобразованием энергии для оптимизации преобразователя по точности, КПД, надёжности	Реализация заданного закона движения исполнительного механизма с заданной точностью
Структура преобразователя/модуля с точки зрения включения исполнительного механизма	Электромеханотронный преобразователь не содержит исполнительный механизм	Исполнительный механизм входит в структуру мехатронного модуля
Взаимоподчинённость электромеханотронного преобразователя и мехатронного модуля	Электромеханотронный преобразователь не может содержать в себе мехатронный модуль	Мехатронный модуль может быть построен с использованием электромеханотронного преобразователя. Но существуют модули, построенные на основе других типов преобразователей (пневмо- и гидроприводов)
Использование компьютерного управления	Нет	Да
Специальности или направления подготовки специалистов	Электромеханика, Электроизмерительная техника, электрические аппараты	Робототехника, станкостроение и т.д.

Электромеханотроника сегодня

Вузы России и ближнего зарубежья , ведущие подготовку по электромеханотронике

• Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» , .
• Санкт-Петербургский государственный политехнический университет ,
• Амурский государственный университет ,
• Ивановский государственный энергетический университет ,
• Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова , проблемная лаборатория по электромеханотронике, основанная на базе двух кафедр: ЭМТЭП и УИТС
• Томский политехнический университет . Научное направление « Электромеханотроника. Интеллектуальные системы однофазного электропривода массового назначения».
• Одесский национальный политехнический университет , , кафедра электрических машин
• Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Кафедра «Автоматизированный электропривод»
• Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники , Отделение кафедры ЮНЕСКО (ОКЮ)*

Центры электромеханотроники

• Научно-технический центр «Электромеханотроника» ^{[ источник не указан 3209 дней ]} .
• «ЭЛЕКТРОМЕХАНОТРОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗАЦИИ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ»
• ООО «Электромехатронные системы»
• Научно-образовательный центр по направлению «Электромехатроника и микросистемная техника»

См. также

• Мехатроника
• Электрический привод

Литература

Книги

• Домрачев В. Г., Смирнов Ю. С. Цифро-аналоговые системы позиционирования (электромеханотронные преобразователи).- М.: Энергоатомиздат, 1990. — 240 с. ISBN 5-283-01528-9
• Вентильные электрические машины в системах регулируемых электроприводов: Учеб. пособие для вузов: В 2 т. Т.1 / А. К. Аракелян, А. А. Афанасьев. — М.: Высш. шк., 2006. — 546 с.: ил. ISBN 5-7677-0998-X
• Коськин Ю. П. Введение в электромеханотронику. — СПб: Энергоатомиздат, Санкт-Петербургское отд-ие, 1991 — 192с. ISBN 5-283-04510-2
• Пронин М. В. Электромеханотронные системы. Создание на основе комплекса уточненных быстродействующих моделей. / LAP LAMBERT Academic Publishing .- 2011 , 224 с. ISBN 978-3-8465-3178-5
• Проектирование вентильных электромеханотронных преобразователей: учеб. пособие/ Ваганов М. А., Матюхов В. Ф., Северин В. М. — ЭТИ. — СПб., 1992. — 68с. ISBN 5-230-09047-2
• Осипов О. Ю. Мультикоординатные электромехатронные системы движения: моногр. / О. Ю. Осипов, Ю. М. Осипов, С. В. Щербинин. — Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2010. — 320 с. ISBN 978-5-86889-538-8

Статьи

• Герман-Галкин С. Г. Некоторые вопросы классификации устройств электромеханотроники, Изв. Вузов. Электромеханика, 1989, № 10, с.11-15.
• Колганов А. Р., Лебедев С. К., Гнездов Н. Е. Наблюдатели состояния и нагрузок современных электромеханотронных систем. // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. — Тула: Изд-во ТулГу, 2010.
• Осипов Ю. М., Зайченко Т. Н., Шепеленко М. Г., Щербинин С. В. Методология создания мультикоординатных электромехатронных систем движения // ДОКЛАДЫ ТОМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. 2(26)/ Часть 2. 2012. — С. 242—245.

Ссылки

Примечания